#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

# this lesson is based on python 3

# 网络通信的本质是进程间的通讯
# Socket是网络编程的一个抽象概念。通常我们用一个Socket表示“打开了一个网络链接”，而打开一个Socket需要知道目标计算机的IP地址和端口号，再指定协议类型即可。
# 大多数连接都是可靠的TCP连接。创建TCP连接时，主动发起连接的叫客户端，被动响应连接的叫服务器
# 我们要创建一个基于TCP连接的Socket，可以这样做：
import socket

# 创建一个socket:
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # AF_INET指定使用IPv4协议，如果要用更先进的IPv6，就指定为AF_INET6。SOCK_STREAM指定使用面向流的TCP协议
s.connect(('www.sina.com.cn', 80)) # 建立连接. 参数是一个tuple，包含地址和端口号
# 作为服务器，提供什么样的服务，端口号就必须固定下来。由于我们想要访问网页，因此新浪提供网页服务的服务器必须把端口号固定在80端口，因为80端口是Web服务的标准端口。其他服务都有对应的标准端口号，例如SMTP服务是25端口，FTP服务是21端口，等等。端口号小于1024的是Internet标准服务的端口，端口号大于1024的，可以任意使用。

# 向新浪服务器发送请求，要求返回首页的内容
s.send(b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: www.sina.com.cn\r\nConnection: close\r\n\r\n')
# TCP连接创建的是双向通道，双方都可以同时给对方发数据。但是谁先发谁后发，怎么协调，要根据具体的协议来决定。例如，HTTP协议规定客户端必须先发请求给服务器，服务器收到后才发数据给客户端。
# 发送的文本格式必须符合HTTP标准，如果格式没问题，接下来就可以接收新浪服务器返回的数据了
buffer = []
while True:
    d = s.recv(1024) # 每次最多接收1k字节
    if d:
        buffer.append(d)
    else:
        break # 反复接收，直到recv()返回空数据，表示接收完毕，退出循环
data = b''.join(buffer)

s.close() # 接收完数据后，调用close()方法关闭Socket，这样，一次完整的网络通信就结束了

# 接收到的数据包括HTTP头和网页本身，我们只需要把HTTP头和网页分离一下，把HTTP头打印出来，网页内容保存到文件
header, html = data.split(b'\r\n\r\n', 1)
print(header.decode('utf-8'))
with open('sina.html', 'wb') as f: # 把接收的数据写入文件
    f.write(html)
# 现在，只需要在浏览器中打开这个sina.html文件，就可以看到新浪的首页了

'''
和客户端编程相比，服务器编程就要复杂一些。

服务器进程首先要绑定一个端口并监听来自其他客户端的连接。如果某个客户端连接过来了，服务器就与该客户端建立Socket连接，随后的通信就靠这个Socket连接了。

所以，服务器会打开固定端口（比如80）监听，每来一个客户端连接，就创建该Socket连接。由于服务器会有大量来自客户端的连接，所以，服务器要能够区分一个Socket连接是和哪个客户端绑定的。一个Socket依赖4项：服务器地址、服务器端口、客户端地址、客户端端口来唯一确定一个Socket。

但是服务器还需要同时响应多个客户端的请求，所以，每个连接都需要一个新的进程或者新的线程来处理，否则，服务器一次就只能服务一个客户端了。
'''
# 我们来编写一个简单的服务器程序
import time, threading
# 监听端口:
s.bind(('127.0.0.1', 9999))
# 127.0.0.1是一个特殊的IP地址，表示本机地址，如果绑定到这个地址，客户端必须同时在本机运行才能连接，也就是说，外部的计算机无法连接进来
# 可以用0.0.0.0绑定到所有的网络地址
# 因为我们写的这个服务不是标准服务，所以用9999这个端口号。请注意，小于1024的端口号必须要有管理员权限才能绑定
s.listen(5)
# 监听端口，传入的参数指定等待连接的最大数量
# 通过一个永久循环来接受来自客户端的连接
while True:
    sock, addr = s.accept() # accept()会等待并返回一个客户端的连接
    t = threading.Thread(target=tcplink, args=(sock, addr)) # 创建新线程来处理TCP连接
    t.start()

# 每个连接都必须创建新线程（或进程）来处理，否则，单线程在处理连接的过程中，无法接受其他客户端的连接
def tcplink(sock, addr):
    print('Accept new connection from %s:%s...'% addr)
    sock.send(b'Welcome!') # 连接建立后，服务器首先发一条欢迎消息
    while True:
        data = sock.recv(1024) # 它接收客户端连接
        time.sleep(1)
        if not data or data.decode('utf-8') == 'exit': # 如果客户端发送了exit字符串，就直接关闭连接
            break 
        sock.send(('Hello, %s!' % data.decode('utf-8')).encode('utf-8')) # 把客户端发过来的字符串加上Hello再发回去
    sock.close()
    print('Connection from %s:%s closed.'% addr)

# 要测试这个服务器程序，我们还需要编写一个客户端程序
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 建立连接:
s.connect(('127.0.0.1', 9999))
# 接收欢迎消息:
print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
    # 发送数据:
    s.send(data)
    print(s.recv(1024).decode('utf-8'))
s.send(b'exit')
s.close()

# 需要注意的是，客户端程序运行完毕就退出了，而服务器程序会永远运行下去，必须按Ctrl+C退出程序


'''
TCP是建立可靠连接，并且通信双方都可以以流的形式发送数据。相对TCP，UDP则是面向无连接的协议。

使用UDP协议时，不需要建立连接，只需要知道对方的IP地址和端口号，就可以直接发数据包。但是，能不能到达就不知道了。

虽然用UDP传输数据不可靠，但它的优点是和TCP比，速度快，对于不要求可靠到达的数据，就可以使用UDP协议。
'''
# 和TCP类似，使用UDP的通信双方也分为客户端和服务器。服务器首先需要绑定端口：
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # SOCK_DGRAM指定了这个Socket的类型是UDP
s.bind(('127.0.0.1', 9999)) # 绑定端口和TCP一样，但是不需要调用listen()方法，而是直接接收来自任何客户端的数据

print('Bind UDP on 9999...')
while True:
    data, addr = s.recvfrom(1024) # recvfrom()方法返回数据和客户端的地址与端口
    print('Received from %s:%s.'% addr)
    s.sendto(b'Hello, %s!'% data, addr) # 调用sendto()就可以把数据用UDP发给客户端
# 注意这里省掉了多线程，因为这个例子很简单

# 客户端使用UDP时，首先仍然创建基于UDP的Socket，然后，不需要调用connect()，直接通过sendto()给服务器发数据：
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
for data in [b'Michael', b'Tracy', b'Sarah']:
    # 发送数据:
    s.sendto(data, ('127.0.0.1', 9999))
    # 接收数据:
    print(s.recv(1024).decode('utf-8')) # 从服务器接收数据仍然调用recv()方法
s.close()

# 服务器绑定UDP端口和TCP端口互不冲突，也就是说，UDP的9999端口与TCP的9999端口可以各自绑定



